Cảm biến điện trở là gì

Thermistor là gì

Thermistor là gì ?Hay điện trở nhiệt là gì nó được định nghĩa là một loại điện trởcóđiện trởthay đổi theo sự thay đổi về nhiệt độ.Mặc dù giá trị điện trở của tất cả các điện trở sẽ dao động nhẹ theo nhiệt độ, nhưng điện trở nhiệt hay Thermistor đặc biệt nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ.Thermistor hoạt động như một thành phần thụ động trong mạch. Chúng là một linh kiện khá chính xác, rẻ và hiệu quả để đo nhiệt độ.

Mặc dù điện trở nhiệt không hoạt động tốt ở nhiệt độ quá nóng hoặc quá lạnh, nhưng chúng là cảm biến được lựa chọn cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Nhiệt điện trở lý tưởng khi cần đọc nhiệt độ chính xác. Các ký hiệu trong mạch cho một thermistor được hiển thị dưới đây:

Công dụng của Thermistors hay điện trở nhiệt

Thermistor là gì ta đã tìm hiểu ở tren vậy điện trở nhiệt có nhiều ứng dụng gì . Chúng được sử dụng rộng rãi như một cách để đo nhiệt độ như một nhiệt kế nhiệt điện trở trong nhiều môi trường không khí xung quanh và chất lỏng khác nhau. Một số ứng dụng phổ biến nhất của nhiệt điện trở bao gồm:

• Nhiệt kế kỹ thuật số (bộ điều nhiệt)
• Ứng dụng ô tô (để đo nhiệt độ dầu và chất làm mát trong ô tô và xe tải)
• Thiết bị gia dụng (như lò vi sóng, tủ lạnh và lò nướng)
• Bảo vệ mạch (tức làbảo vệ chống sét)
• Có thể sạc lạipin(đảm bảo nhiệt độ pin đúng được duy trì)
• Để đo độ dẫn nhiệt củavật liệu điện
• Hữu ích trong nhiều mạch điện tử cơ bản.
• Bù nhiệt độ (tức là duy trì điện trở để bù cho các tác động do thay đổi nhiệt độ ở phần khác của mạch)
• Được sử dụng trongmạchcầu Wheastone.

Hoạt động của điện trở nhiệt

Nguyên lý hoạt động của nhiệt điện trở là điện trở của nó phụ thuộc vào nhiệt độ của nó. Chúng ta có thể đo điện trở của một điện trở nhiệt bằng cách sử dụng một ohm kế .

Nếu chúng ta biết mối quan hệ chính xác giữa sự thay đổi của nhiệt độ sẽ ảnh hưởng như thế nào đến điện trở của nhiệt điện trở  thì bằng cách đo điện trở của nhiệt điện trở, chúng ta có thể tính được nhiệt độ của nó.

Điện trở thay đổi bao nhiêu tùy thuộc vào loại vật liệu được sử dụng trong nhiệt điện trở. Mối quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở của nhiệt điện trở là không tuyến tính. Biểu đồ nhiệt điện trở điển hình được hiển thị bên dưới:

Nếu chúng ta có một điện trở nhiệt với biểu đồ nhiệt độ ở trên, chúng ta có thể chỉ cần xếp điện trở đo được bằng ohm kế với nhiệt độ được chỉ ra trên biểu đồ.

Bằng cách vẽ một đường ngang đối diện với điện trở trên trục y và vẽ một đường thẳng đứng xuống từ nơi đường ngang này giao với biểu đồ, do đó chúng ta có thể tính được nhiệt độ của nhiệt điện trở.

Các loại nhiệt điện trở

Có hai loại nhiệt điện trở:

• Hệ số nhiệt độ âm (NTC) Thermistor
• Hệ số nhiệt độ dương (PTC) Thermistor

NTC Thermistor

Trong điện trở NTC, khi nhiệt độ tăng, điện trở giảm. Và khi nhiệt độ giảm, điện trở tăng lên. Do đó trong nhiệt độ điện trở nhiệt NTC và điện trở tỷ lệ nghịch. Đây là loại phổ biến nhất của họ điện trở.

Mối quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ trong điện trở nhiệt NTC được điều chỉnh bởi biểu thức sau:

Ở đây :

• RTlà điện trở ở nhiệt độ T (K)
• R0là điện trở ở nhiệt độ T0(K)
• T0là nhiệt độ chuẩn (thường là 25oC)
• β là một hằng số, giá trị của nó phụ thuộc vào các đặc tính của vật liệu.Giá trị danh nghĩa được lấy là 4000.

Nếu giá trị của β cao, thì mối quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ sẽ rất tốt. Giá trị β cao hơn có nghĩa là sự thay đổi điện trở cao hơn đối với cùng một mức tăng nhiệt độ  do đó bạn đã tăng độ nhạy (và do đó là độ chính xác) của nhiệt điện trở.

Từ biểu thức (1), chúng ta có thể thu được hệ số nhiệt độ điện trở. Đây không là gì khác ngoài biểu thức cho độ nhạy của nhiệt điện trở.

Ở trên chúng ta có thể thấy rõ ràng rằng αT có một dấu âm. Dấu hiệu tiêu cực này chỉ ra các đặc tính nhiệt độ điện trở âm của nhiệt điện trở NTC.

Nếu β = 4000 K và T = 298 K thì α T = 0,0045 / o K. Điều này cao hơn nhiều so với độ nhạy của RTD platin. Điều này có thể đo được những thay đổi rất nhỏ của nhiệt độ.

Tuy nhiên, hiện nay đã có sẵn các dạng nhiệt điện trở được pha tạp nhiều (với chi phí cao) có hệ số nhiệt độ dương.

Biểu thức (1) là không thể thực hiện xấp xỉ tuyến tính đối với đường cong trong một phạm vi nhiệt độ nhỏ, và do đó nhiệt điện trở là một cảm biến phi tuyến tính.

Nhiệt điện trở PTC

Một điện trở nhiệt PTC có mối quan hệ ngược lại giữa nhiệt độ và điện trở. Khi nhiệt độ tăng, điện trở tăng.

Và khi nhiệt độ giảm, điện trở giảm. Do đó trong nhiệt độ điện trở nhiệt PTC và điện trở tỷ lệ nghịch.

Mặc dù nhiệt điện trở PTC không phổ biến như điện trở nhiệt NTC, nhưng chúng thường được sử dụng như một hình thức bảo vệ mạch điện. Tương tự như chức năng của cầu chì, điện trở nhiệt PTC có thể hoạt động để giới hạn dòng củathiết bị.

Khi dòng điện đi qua một thiết bị, nó sẽ gây ra một lượng nhỏ làm điện trở nóng. Nếu dòng điện đủ lớn sẽ tạo ra nhiều nhiệt hơn trên thiết bị tỏa ra môi trường xung quanh thì thiết bị sẽ nóng lên.

Trong một điện trở nhiệt PTC, sự nóng lên này cũng sẽ làm cho điện trở của nó tăng lên. Điều này sẽ làm tăng điện trở lên, do đó hạn chế dòng điện. Bằng cách này, nó hoạt động như một thiết bị hạn chế dòng điện  bảo vệ mạch điện.

Đặc điểm nhiệt điện trở  Thermistor là gì

Mối quan hệ chi phối các đặc tính của nhiệt điện trở được đưa ra dưới đây như:

Ở đây:

• R1= điện trở của nhiệt điện trở ở nhiệt độ tuyệt đối T1[oK]
• R2= điện trở của nhiệt điện trở ở nhiệt độ T2[oK]
• β = hằng số phụ thuộc vào vật liệu củabộ chuyển đổi(ví dụ nhưbộ chuyển đổi dao động)

Chúng ta có thể thấy trong phương trình trên rằng mối quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở là rất phi tuyến tính. Một điện trở nhiệt NTC tiêu chuẩn thường thể hiện hệ số nhiệt độ điện trở nhiệt âm khoảng 0,05 / o C.

Cấu tạo nhiệt điện trở -Thermistor là gì

Để tạo ra một điện trở nhiệt, hai hoặc nhiều bột bán dẫn làm từ các ôxít kim loại được trộn với chất kết dính để tạo thành hỗn hợp bùn.

Những giọt bùn nhỏ này được hình thành trên dây dẫn. Để sấy khô, chúng tôi phải đưa vào lò thiêu kết.

Trong quá trình này, bùn sẽ co lại vào dây dẫn để tạo kết nối điện.

Oxit kim loại đã qua xử lý này được phủ bởi một lớp thủy tinh lên trên. Lớp phủ thủy tinh này mang lại đặc tính chống thấm nước cho các nhiệt điện trở  giúp cải thiện độ ổn định của chúng.

Có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau của nhiệt điện trở có sẵn trên thị trường. Các nhiệt điện trở nhỏ hơn có dạng các hạt đường kính từ 0,15 mm đến 1,5 mm.

Nhiệt điện trở cũng có thể ở dạng đĩa và vòng đệm được tạo ra bằng cách ép vật liệu nhiệt điện trở dưới áp suất cao thành các hình trụ phẳng có đường kính từ 3 mm đến 25 mm.

Kích thước điển hình của một nhiệt điện trở là 0,125 mm đến 1,5 mm. Các nhiệt điện trở bán sẵn trên thị trường có các giá trị danh nghĩa 1K, 2K, 10K, 20K, 100K, Giá trị này cho biết giá trị điện trở ở nhiệt độ 25 o C.

Nhiệt điện trở có nhiều mẫu khác nhau: loại hạt, loại que, loại đĩa,  Ưu điểm chính của nhiệt điện trở là kích thước nhỏ và giá thành tương đối thấp.

Lợi thế về kích thước này có nghĩa là hằng số thời gian của nhiệt điện trở hoạt động là nhỏ, mặc dù việc giảm kích thước cũng làm giảm khả năng tản nhiệt của nó và do đó làm cho hiệu quả tự làm nóng lớn hơn. Hiệu ứng này có thể làm hỏng điện trở nhiệt vĩnh viễn.

Để ngăn chặn điều này, nhiệt điện trở phải được vận hành ở mức dòng điện thấp so với nhiệt kế điện trở  dẫn đến độ nhạy của phép đo thấp hơn.

Thermistor vs Thermocouple  Thermistor là gì

Sự khác biệt chính giữa nhiệt điện trở và cặp nhiệt điện là:

Thermistors  Thermistor là gì

• Phạm vi cảm biến hẹp hơn (55 đến +150oC  mặc dù điều này thay đổi tùy thuộc vào thương hiệu)
• Tham số cảm biến = Điện trở
• Phi tuyến tínhmối quan hệ giữa thông số cảm biến (điện trở) và nhiệt độ
• Nhiệt điện trở NTC có điện trở giảm gần theo cấp số nhân khi nhiệt độ tăng
• Thích hợp để cảm nhận những thay đổi nhỏ về nhiệt độ (khó có thể sử dụng nhiệt điện trở một cách chính xác và có độ phân giải cao trênphạm vihơn 50oC).
• Mạch cảm biến đơn giản, không cần khuếch đại và rất đơn giản
• Độ chính xác thường khó có thể tốt hơn 1oC nếu không hiệu chuẩn

Cặp nhiệt điện:

• Có nhiều loại cảm biến nhiệt độ (Loại T = -200-350oC; Loại J = 95-760 ° C; Loại K = 95-1260 ° C; các loại khác có nhiệt độ cao hơn)
• Có thể rất chính xác
• Tham số cảm biến =điện ápđược tạo ra bởi các mối nối ở các nhiệt độ khác nhau
• Điện áp cặp nhiệt điện tương đối thấp
• Có mối quan hệ tuyến tính giữa thông số cảm biến (điện áp) và nhiệt độ

Thermistor so với RTD  Thermistor là gì

Cảm biến nhiệt độ điện trở (còn được gọi là cảm biến RTD ) rất giống với nhiệt điện trở. Cả RTD và nhiệt điện trở đều có điện trở khác nhau phụ thuộc vào nhiệt độ.

Sự khác biệt chính giữa cả hai là loại vật liệu mà chúng được làm. Nhiệt điện trở thường được làm bằng vật liệu gốm hoặc polyme trong khi RTD được làm bằng kim loại nguyên chất. Về hiệu suất, nhiệt điện trở tốt hơn ở hầu hết các khía cạnh.

Nhiệt điện trở chính xác hơn, rẻ hơn và có thời gian phản hồi nhanh hơn RTD. Nhược điểm thực sự duy nhất của nhiệt điện trở so với RTD là khi nói đến phạm vi nhiệt độ. RTD có thể đo nhiệt độ trên một phạm vi rộng hơn so với nhiệt điện trở.

Bên cạnh đó, không có lý do gì để sử dụng nhiệt điện trở trên RTD.

TagsĐiện Tử Cơ Bản